Kaip  jau žinote, žmogaus organizmas sudarytas iš baltymų, pagrindinis  jungiamojo audinio baltymas gyvūnų organizmuose yra kolagenas. Kolageno yra visur: kauluose, kremzlėse, sausgyslėse, dantyse, odoje, akies ragenoje, plaučiuose, kepenyse, kraujagyslėse ir kitose organuose bei audiniuose. Jis suteikia audiniams ir organams  formą ir tvirtumą. Yra daugiau kaip 20  skirtingų kolageno tipų. Kolageno tipas priklauso nuo jo struktūros. Kai kuriuose audiniuose kolagenas gali būti kaip gelis (akies stiklakūnyje), kituose jis yra susuktas į skaidulas (sausgyslėse).

Kolagenas išsiskiria iš kitų baltymų unikalia aminorūgščių sudėtimi. Vyrauja keturios amino rūgštys: glicina, prolinas, hidroksiprolinas ir hidroksilizinas. Kolageno struktūrinis vienetas yra tropokolagenas sudarytas iš 3 polipeptidinių grandinių, kurių kiekvieną sudaro apie 1000 aminorūgščių. Tropokolagenas jungiasi skersiniais ryšiais, sudarydamas audiniuose ilgas skaidulas, vadinamas fibrilėmis.
Kaip susidaro standartinė kolageno molekulė?

1. Molekulė sudaryta iš 3 polipeptidinių alfa-grandinių. Kiekviena alfa-grandinė yra kairiojo sukimo spiralė, kurios vienam apsisukimui tenka trys amino rūgščių Trys tokio kairio sukimo spiralės susisuka į dešinio sukimo superspiralę.
2. Susisukimą inicijuoja C terminalinis polipeptidas.
3. Prokolagenas išskiriamas į tarpląstelinę erdvę.
4. Fermentai suskaido polipeptidus į kolageną.

Susidaro standi, lazdelės formos molekulė. Svarbi pirminės kolageno struktūros ypatybė – kiekviena trečia alfa-grandinės amino rūgštis  yra glicinas. Todėl šią pasikartojančią seką galima užrašyti formule: (Gly – X – Y)n , čia X ir Y – bet kokios amino rūgštys. Kaip jau buvo minėta, kolagenų molekulių trigubos spiralės sudaro fibriles. To paties sluoksnio fibrilės jungiasi galais. Gretimų sluoksnių spiralės yra ne viena šalia kitos, bet pasislinkę apie ¼ savo ilgio. Toks išsidėstymas fibrilėse yra svarbus mineralizacijos procesui.

Kolageno molekulėje vandeniliniai ryšiai pačioje spiralėje nesusidaro. Trigubą spiralę (superspiralę) stabilizuoja vandeniliniai ryšiai tarp atskirų spiralių, svarbūs ir hidroksiprolino sudaromi vandeniliniai ryšiai. Kolageno skaidulas sutvirtina kovalentiniai ryšiai tarp lizino ir hidroksilizino molekulių, tiek esančių vienoje tropokolageno molekulėje, tiek skirtingose tropokolageno molekulėse. Artimą grandinių išsidėstymą sąlygoja kas trečioje sekos padėtyje pasikartojantis glicinas, kurio šoninė grupė (R = H) pati mažiausia iš visų aminorūgščių šoninių grupių. Spiralės žingsnyje yra 3 aminorūgštys, todėl kiekvienoje grandinėje glicino grupės išsidėsto vienoje spiralės pusėje. Kaip tik tomis pusėmis (briaunomis) ir sąveikauja trys superspiralę sudarančios polipeptidinės grandinės.

Paveikslėlyje (a) parodytas stambesnio plano superspiralės modelis, (b) matomas detalesnis grupių išsidėstymas, o struktūros palaikyme svarbūs vandeniliniai ryšiai atvaizduoti šviesesnėmis jungtimis.

Sintetinant kolageną, į polipeptidinę grandinę įjungiamos aminorūgštys prolinas ir lizinas. Prolino hidroksilinimą baltymo molekulėje katalizuoja fermentas prolilhidroksilazė. Šio fermento aktyviame centre yra Fe2+ jonas. Fermento aktyvumui reikalinga askorbo rūgštis (vitaminas C), kuri palaiko šį joną redukuotame būvyje. Trūkstant vitamino C, kolageno struktūra praranda stabilumą.

Apibendrinant privalu pasakyti, kad kolagenas žmonėms ir gyvūnams yra gyvybiškai svarbi medžiaga, pasižyminti labai svarbių organizmui savybių įvairove. Šios charakteristikos apima šiluminį stabilumą, mechaninį stiprumą ir gebėjimą  specifiškai sąveikauti su kitomis biomolekulėmis. Suprasti, kaip tokios savybės gaunamos iš pagrindinės kolageno struktūros, trigubos spiralės, reikalauja išsamių žinių apie mechanizmus, kuriais grindžiama trigubo spiralės struktūra ir stabilumas.

Literatūros šaltiniai:

1. Vida Mildažienė, Jurgis Kadziauskas, Rimantas Daugelavičius, Valdas Laurinavičius, Zita Naučienė, Daiva Bironaitė STRUKTŪRINĖ BIOCHEMIJA Mokymo priemonė
2. Biochemijos pagrindai, V Kadziauskas J.,  2008
3. COLLAGEN STRUCTURE AND STABILITY Matthew D. Shoulders¹and Ronald T. Raines¹ (prieiga internete https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2846778/)
4. http://www.skaitykla.moksliniaidarbai.lt/kolageno-strukturos-sintezes-ypatumai-ir-funkcija.html (prieiga per internetą)